ĐỒ ÁN THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG POLYMER HÓA VINYLCLORUA NĂNG SUẤT 220.000 TẤN/ NĂM

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 2
PHẦN 1: TỔNG QUAN 3
1.1.QUÁ TRÌNH PHÁT TRI N NH A PVCỂ Ự 3
1.2.T NH CH T C A NGUYÊN LI U VÀ S N PH MÍ Ấ Ủ Ệ Ả Ẩ 7
1.2.2.5. Phân lo i PVCạ 21
1.3.QUÁ TRÌNH S N XU T PVC T VCẢ Ấ Ừ 24
1.4. .CÁC PH NG PHÁP S N XU T PVC T VC.ƯƠ Ả Ấ Ừ 29
PHẦN 2.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 37
2.1.S CÔNG NGH S N XU T PVC B NG PH NG PHÁP TR NG ƠĐỒ Ệ Ả Ấ Ằ ƯƠ Ù
H P HUY N PH .Ợ Ề Ù 37
2.2.CÂN B NG V T CH T.Ằ Ậ Ấ 39
2.3.CÂN B NG V T CH T CHO M T N I.Ằ Ậ Ấ Ộ Ồ 45
2.4.CÂN B NG NHI T L NGẰ Ệ ƯỢ 48
2.5.T NH THI T B CH NHÍ Ế Ị Í 55
2.6.CH N THI T B PH .Ọ Ế Ị Ụ 58
KẾT LUẬN 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
1
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
MỞ ĐẦU
Trong thập niên 1930 ÷ 1940 bắt đầu phát triển nhiều loại nhựa dẻo quan
trọng trong đó có nhựa poly vinylclorua (PVC). Sau Chiến tranh thế giới thứ hai
polyme tổng hợp đã làm cuộc cách mạng trong lĩnh vực vật liệu. Những polyme
này có giá thành tương đối rẻ, tính chất có thể điều chỉnh trong một giới hạn
rộng và trong nhiều mục đích sử dụng ưu việt hơn những loại vật liệu cổ truyền.
PVC là một polyme tổng hợp từ vinyl clorua monome (VCM) theo phản

ứng trùng hợp. Số mắt xích trong phân tử PVC khoảng 700 ÷ 1500 monome.
Các monome này liên kết tạo thành một mạch duy nhất. Những mạch này rất
mềm dẻo. Ngày nay, PVC được sử dụng rất rộng rãi do nó có rất nhiều công
dụng. PVC có thể được sử dụng làm màng, tấm chất dẻo, chất dẻo đúc bằng áp
lực, keo dán, sơn…Tuy nhiên PVC cũng có một số điểm hạn chế như kém bền
nhiệt, chỉ sử dụng tốt trong phạm vi nhiệt độ khoảng 60÷70
0
C, khả năng hoà tan
trong các dung môi kém, khi gia công có khí HCl thoát ra gây ra ăn mòn thiết bị
và ô nhiễm môi trường.
Trước như cầu về PVC của thế giới và Việt Nam đang tăng mạnh thì việc
nghiên cứu để có những ứng dụng công nghệ mới trong ngành sản xuất PVC có
một ý nghĩa hết sức quan trọng. Đồ án chuyên ngành : “ Thiết kế phân xưởng
sản xuất PVC công suất 220.000 tấn/năm ” góp phần cho em hiểu rõ về ngành
công nghiệp này.
Đồ án này sẽ đưa ra những khái niệm cơ bản nhất về polyme nói chung và
PVC nói riêng. Giới thiệu một số quá trình sản xuất khác nhau và lựa chọn một
quá trình sản xuất phù hợp với điều kiện của Việt Nam đồng thời cũng đưa ra
một số thông tin mới cập nhật và một số tiến bộ công nghệ trong lĩnh vực sản
xuất.
2
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
PHẦN 1: TỔNG QUAN
1.1.QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN NHỰA PVC
1.1.1.Trên thế giới
Nền công nghiệp chất dẻo được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc
dân kể cả lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ, đại dương và cả trong đồ dùng sinh hoạt
hàng ngày. Trong các loại chất dẻo PVC thuộc loại phổ biến và được sử dụng
nhiều nhất. Tổng sản lượng PVC luôn đứng đầu trong các loại chất dẻo, nhựa

PVC có nhiều tính chất ưu việt có thể đáp ứng dược yêu cầu ngày càng cao của
khoa học kỹ thuật và đời sống. Nguồn nguyên liệu để sản xuất ra chất dẻo tương
đối dồi dào như dầu mỏ, than đá và khí thiên nhiên…
Mặt khác chất dẻo còn có thể gia công dễ dàng và nhanh chóng hơn so với kim
loại, dẫn đến máy móc thiết bị đơn giản và tiết kiệm. PVC là một hợp chất cao
phân tử được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp vinylclorua (VC).
Năm 1835, lần đầu tiên Reguanlt điều chế được PVC bằng phương pháp xử lý
diclo etylen với dung dịch KOH. Năm 1872 , Baun lần đầu tiên trùng hợp được
VC bằng phương pháp ống nghiệm kín dưới tác dụng của ánh sáng. Thí nghiệm
này tiếp tục được Ostremislenky nghiên cứu và công bố đầy đủ vào năm 1912.
Tuy nhiên polyme mới này vẫn chưa được đưa vào sản xuất công nghiệp, do rất
khó gia công thành sản phẩm cho đến khi W.L Semon phát hiện ra rằng khi đun
nóng PVC với trily photphat ở 150
0
C thu được một khối đồng chất giống cao su
ở nhiệt độ thường sau này được gọi là PVC hoá dẻo. Lúc đó PVC mới trở thành
một chất dẻo được quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực công nghiệp.
Vào những năm trước và sau chiến tranh thế giới thứ II, PVC hoá dẻo đã được
sử dụng khá rộng rãi.Vào những năm của thập kỷ 60, PVC cứng (PVC không
trộn lẫn chất hoá dẻo) bắt đầu được nghiên cứu và sử dụng ở Đức,Anh, Mỹ.Vào
những năm tiếp theo PVC được nghiên cứu chủ yếu không phải cấu trúc phân tử
mà là cấu trúc ngoại vi phân tử được tạo ra trong quá trình trùng hợp như kích
3
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
thước hạt, hình dạng, độ xốp, sự phân bố kích thước…Do các yếu tố này ảnh
hưởng đến các đặc tính gia công và chế tạo polyme.
Đầu năm 1970 , PVC được sản xuất với một lượng lớn ở nhiều nước và cũng tại
thời điểm này PVC cạnh tranh với polyme etylen (PE) để giành vị trí hàng đầu
về vật liệu chất dẻo của thế giới.

Giai đoạn 2001-2006 mức tăng trưởng PVC trên thế giới tăng hàng năm là hơn
5% , đặc biệt tại khu vực Đông Nam Á mức tăng 7%.Sản lượng PVC năm 2012
đạt khoảng 50 triệu tấn/năm và dự kiến tiếp tục tăng trong những năm tiếp theo.
[1]
Bảng 1.1: Số liệu mức tăng trưởng sản lượng PVC trên toàn thế giới
(Tổng sản lượng trên thế giới , Triệu tấn)
Năm 1965 1980 1995 2001 2006 2011 2012
Triệu tấn 3,0 12 23,5 25,9 32,8 40,7 50
( Theo tài liệu: Manufacture and processing of PVC )
Sở dĩ PVC có mức tăng trưởng lớn như vậy là do có nhiều ưu điểm như:
ổn định hoá học, dễ gia công, tạo ra nhiều sản phẩm thông dụng và nguồn
nguyên liệu tương đối dồi dào. Tuy nhiên bên cạnh tính ưu việt, PVC còn có
nhược điểm như: chịu nhiệt kém (< 80
0
C), độ hoà tan dung môi kém trong khi
gia công có khí HCl thoát ra.
Mức tiêu thụ và phân phối nhựa PVC theo khu vực địa lý không giống
nhau, để minh hoạ điều này ta có bảng thống kê sau:
Bảng 1.2: Phân phối PVC theo khu vực địa lý (năm 1997)
Khu vực %
Bắc Mỹ 33
Nhật Bản 18
Châu Âu 32,6
Nam Mỹ 2,2
Các nơi khác 14,2
( Theo tài liệu: Chemical abstracts 1999 )
Trên thế giới 2/3 sản lượng PVC dùng dưới dạng sản phẩm cứng (không
có chất hoá dẻo) như: ống dẫn nước, tấm lợp, bàn ghế, khung cửa sổ… còn lại
4
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
PVC hoá dẻo được gia công thành những sản phẩm mềm như: màng mỏng, bao
bì, giầy dép, vải giả da, vỏ bọc, dây cáp điện… sự phân phối theo lĩnh vực sử
dụng được trình bày ở bảng sau :
Bảng 1.3: Phân phối PVC theo lĩnh vực sử dụng.
Lĩnh vực %
Xây dựng 50,1
Nội thất 10,.4
Điện 7,3
Bao bì 6,7
Giải trí 5,9
Giao thông 5,3
May mặc 4,7
Các lĩnh vực khác 9,6
( Theo tài liệu: encyclopedia of PVC )
Để tổng hợp ra PVC thì nguyên liệu chủ yếu hiện nay đi từ dầu mỏ do đó
sản phẩm PVC cũng chịu sự tác động của những biến đổi trên thị trường dầu mỏ.
Bảng 1.4: Giá PVC trên thị trường thế giới
Năm 1995 1997 1999
PVC bột (USD/tấn) 1200 750 530
1.1.2. Sự phát triển công nghiệp PVC ở Việt Nam
Nền công nghiệp hoá chất đóng vai trò tiên phong trong công cuộc đổi
mới và phát triển, lĩnh vực công nghiệp hoá chất gắn liền với sự phát triển của
đất nước.
Vào đầu thập kỷ 60, nhà máy hoá chất Việt Trì đã sản xuất được PVC, với năng
suất 150 tấn/năm. Tuy nhiên, do không kinh tế sản lượng quá nhỏ nên quá trình
sản xuất sớm dừng lại, đặc biệt khi bước vào chiến tranh phá hoại của Mỹ.
Trong thời gian gần đây, công nghiệp gia công chất dẻo lại phát triển mạnh mẽ
với tốc độ tăng trưởng bình quân 28%/năm. Để minh chứng điều đó ta có bảng
mức tiêu thụ PVC trong những năm gần đây.

Bảng 1.5: Chỉ số tiêu thụ PVC ở Việt Nam
Năm 1995 2000 2006 2011
Lượng tiêu thụ kg/ đầu người 0,81 1,42 2,9 4,0
5
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
Nguyên liệu dùng trong qúa trình gia công đều phải nhập khẩu, trong đó PVC
nhập dưới hai dạng: PVC bột (PVC resin) và PVC hạt (PVC compund) có chứa
sẵn chất hoá dẻo, chất ổn định, chất màu…cơ cấu nguyên liệu được trình bày ở
bảng sau.
Bảng 1.6: Cơ cấu nguyên liệu ở Việt Nam
Dạng sản phẩm Đơn vị : Tấn
PVC bột 31000
PVC hạt 68000
Các bán sản phẩm PVC 35000
Chất hoá dẻo DOP 10000
Lượng PVC nhập vào mỗi năm vào khoảng 72000 tấn và theo kế hoạch dự kiến
của Tổng công ty nhựa Việt Nam, nhu cầu PVC và chất hoá dẻo trong thời gian
tới được mô tả ở bảng sau :
Bảng 1.7: Nhu cầu nguyên liệu ở Việt Nam
Năm 2000 2005 2010
PVC (tấn) 100000 200000 400000
DOP (tấn) 28000 28000 67000
Nhu cầu PVC ngày càng nhiều, do đó phải tính đến xây dựng ngành sản xuất
PVC để tiết kiệm được chi phí và để đáp ứng nhu cầu của thị trường. Cho đến
nay đã có 6 dự án sản xuất PVC, chiếm trong số 7 dự án về sản xuất nguyên liệu
và 30 dự án cả ngành nhựa.
- Công ty Mitsui- Vina và bây giờ là TPC- Vina tổng vốn đầu tư 90 triệu
USD, nguyên liệu là VCM nhập khẩu trùng hợp thành PVC, công suất 80000
tân/năm.

- Công ty Elfatoche Việt Nam tại Đồng Nai, vốn đầu tư 3,55 triệu USD
công suất 30000 tấn/năm.
6
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
- Công ty liên doanh Việt- Thái Plastchem tại thành phố Hồ Chí Minh có
vốn đầu tư 2,99 triệu USD. Hai nhà máy này có sản phẩm là PVC hạt và đang
hoạt động, sản phẩm của hai nhà máy này đủ cung cấp cho thị trường hiện nay.
- Công ty Oxy- Vina tổng vốn đầu tư 109,4 triệu USD đi từ nguyên liệu
VCM trùng hợp thành PVC.
- Dự án TPC- Chem Quest Việt Nam, vốn đầu tư 12 triệu USD sản xuất
DOP công suất 30000 tấn/năm từ các nguyên liệu ngoại nhập.
- Dự án LG- Vina, vốn đầu tư 12,5 triệu USD, sản xuất DOP công suất
30000 tấn/năm [6].
Tuy nhiên, hiện nay giá sản phẩm PVC trong nước cao hơn rất nhiều so
với giá mặt bằng chung trên thế giới. Do đó, các cơ sở sản xuất các sản phẩm
PVC trong nước đang phải hoạt động cầm chừng chi khoản 30- 35% công suất.
Nguyên nhân của tình trạng trên là do sự hụt giá của đồng tiền các nước cung
cấp nguyên liệu cho ngành nhựa Việt Nam. Hơn nữa, các nhà máy mới đi vào
hoạt động, giá thành sản phẩm vẫn mang giá trị khấu hao ban đầu, nên giá thành
vẫn cao hơn mức bình thường. Do vậy các dự án trên trở thành hiện thực thì
trong thời gian tới giá thành sản phẩm và sản lượng PVC trong nước sẽ đáp ứng
đủ cho thị trường trong nước và giá thành sẽ hạ xuống do không còn phải nhập
khẩu nguyện liệu và nhựa PVC nữa.
Khi các nhà máy lọc dầu ở Dung Quất (Quảng Ngãi) và Nghi Sơn (Thanh
Hoá) đi vào hoạt động sẽ là cơ hội thuận lợi cho sự phát triển công nghiệp chất
dẻo nói chung và PVC nói riêng.
1.2.TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM
1.2.1.Nguyên liệu vinylclorua monomer(VCM) [2]
Vinyl clorua gọi tắt là VC, có công thức phân tử C

2
H
3
Cl, công thức cấu tạo:
7
CH
2
CH
Cl
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
1.2.1.1. Tính chất lý học
Ở nhiệt độ và áp suất thường là chất khí có mùi ete.
+ Nhiệt độ đóng rắn : -159,7
0
C
+ Nhiệt độ ngưng tụ : -13,9
0
C
+ Nhiệt độ tới hạn : 142
0
C
+ Nhiệt độ bốc cháy : 415kcal/kg
+ Nhiệt độ nóng chảy : 18,4kcal/kg
+ Nhiệt độ bốc hơi ở 25
0
C : 78,5kcal/kg
+ Trọng lượng riêng : 0,969kcal/kg
+ Nhiệt tạo thành : -83±8kcal/kg
+ Nhiệt trùng hợp : -366±5kcal/kg

+ Nhiệt dung riêng dạng lỏng ở 25
0
C : 0,83kcal/kgđộ
+ Nhiệt dung riêng dạng hơi ở 25
0
C : 0,207kcal/kgđộ
+ Hệ số khúc xạ của VC lỏng : 1,83kcal/kgđộ
+ Tỷ trọng của VC phụ thuộc vào nhiệt độ:
Nhiệt độ (
0
C) -15 -25
Tỷ trọng 0,9730 0,9014
+ Áp suất hơi của VC phụ thuộc vào nhiệt độ:
Nhiệt độ (
0
C) -87,5 -55,8 -13,37 16,2 46,8
Áp suất (mmHg) 10 100 760 22,58 54,34
+ Độ tan trong nước ở 1at là 0,5% trọng lượng
+ Giới hạn nồng độ của hỗn hợp với không khí từ 3,62÷26,6% thể tích
+ Tính độc của VC:
VC là hợp chất chứa clo nên độc và gây ô nhiễm môi trường.VC độc hơn so với
etylclorua và ít độc hơn clorofom và tetra clorua cacbon. Có khả năng gây mê
qua hệ thống hô hấp của con người và cơ thể động vật. Con người khi tiếp xúc
hơi VC ở mức 25% thì chỉ trong 3 phút đã bắt đầu bị choáng váng và mất
thăng bằng định hướng. Nếu hàm lượng VC trong không khí là 0,5% thì con
8
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
người có thể làm việc trong một vài giờ mà không có tác động sinh lý nào đáng
kể cả.

1.2.1.2. Tính chất hoá học
Công thức cấu tạo:
2
CH CH
C l
|
=
Do có chứa liên kết đôi và nguyên tử Clo linh động nên các phản ứng hoá học
của VC là phản ứng của nguyên tử Clo linh động. VC không tan trong nước,
tan trong các dung môi hữu cơ như axeton, rượu etylic, cacbon hydro thơm,
cacbon hydro mạch thẳng.
Trong phân tử VC có liên kết nối đôi và một nguyên tử Clo linh động, do đó
phản ứng hoá học chủ yếu là phản ứng kết hợp hoặc phản ứng của nguyên tử
Clo trong phân tử VC.
- Phản ứng nối đôi
+ Phản ứng cộng hợp: tác dụng với halogen cho ta 1,2-dicloetan ở điều kiện môi
trường khô ở 140÷150
0
C hoặc ở 80
0
C và có chiếu sáng xúc tác SbCl
3
.
Khi có xúc tác AlCl
3
, FeCl
3
thì VC phản ứng với HCl:
Với H
2

:
Trong phản ứng oxi hoá VC ở nhiệt độ 50÷150
0
C có mặt HCl dễ dàng tạo ra
monome axetandehit:
9
HCl
CH
2
CH
Cl
+
CH
2
CH
2
Cl
Cl
H
2
CH
2
CH
Cl
+
CH
3
CH
2
Cl

1/2O
2
+
CHOCH
2
Cl
CH
2
CH
Cl
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
Do phân tử có chứa nối đôi VC có thể tham gia phản ứng trùng hợp tạo PVC.
- Phản ứng của nguyên tử Clo.
+ Thuỷ phân.
Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen:
Tác dụng với acolat hay fenolat cho ta este VC:
- Tạo hợp chất cơ kim
+ VC trong điều kiện không có không khí ở 450
0
C có thể bị phân huỷ tạo thành
axetylen và HCl do phản ứng polyme hoá axetylen và có thể phản ứng tiếp tục
tạo ra một lượng nhỏ 2-clo-1,3-butadien.Còn trong điều kiện có không khí VC bị
oxi hoá hoàn toàn.
-Bảo quản: Trước đây VC được bảo quản và vận chuyển với sự có mặt của một
lượng nhỏ phenol để ức chế phản ứng polyme hoá. Ngày nay VC được sản xuất
với độ tinh khiết cao và không cần chất ức chế trong bảo quản đồng thời do được
làm sạch nước nên VC không gây ăn mòn có thể được bảo quản trong các thùng
thép cacbon thường.
1.2.1.3.Các phương pháp sản xuất VCM

Những năm 1830, VC được sản xuất dựa trên phản ứng đehyđro hoá 1,2-
đicloetan. Trong những năm gần đây VC được sản xuất theo các phương pháp
sau.
10
CH
2
CH
Cl
+
NaOH
CH CH
NaCl
+
+
H
2
O
CH
2
CH
Cl
+
RONa
CH
2
CH
NaCl
+
OR
CH

2
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
n
Cl
CH
2
CH
+
Mg
CH
2
CH
MgCl
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
+ Nhiệt phân 1,2-đicloetan
+ Sản xuất từ etylen
+ Phương pháp liên hợp
+ Phương pháp Clo hoá etan
a)Sản xuất VC đi từ đicloetan
Công nghệ của quá trình sản xuất VC có thể sử dụng hai phương pháp:
+ Kiềm hoá dehydro hoá trong pha lỏng
+ Nhiệt phân trong pha hơi
Phản ứng chính:
Cl - CH

2
- CH
2
Cl → CH
2
= CH - Cl + HCl
- Quá trình trong pha lỏng.
Trong pha lỏng, khi điều chế VC phản ứng được thực hiện trong thiết bị hình trụ
kiểu đồng trục thiết bị gián đoạn. Đầu tiên cho dung dịch NaOH sau đó cho rượu
và cuối cùng rót từ từ diclo etan vào.VC được tạo thành theo phản ứng.
Phản ứng tiến hành trong môi trường đồng thể, áp suất nhiệt độ phản ứng 60-
70
0
C, thời gian 4-5 giờ, áp suất trong thiết bị 0,2÷0,4 at.
Không nên cho dư kiềm vì:
Khi H
2
O dư dicloetan dễ bị thuỷ phân trong môi trường kiềm tạo thành etylen
glycol:
Sản phẩm tạo thành gồm có VC, dicloetan, rượu, nước ta tiến hành ngưng tụ để
tách riêng. Hiệu suất VC tính theo dicloetan là 75÷85 %.
11
CH
2
CH
2
Cl
+
NaOH
CH

2
CHCl
NaCl
+
+
H
2
O
Cl
CH
2
CH
2
Cl
+
NaOH
CH CH
NaCl+
+
H
2
O
2
2 2
Cl
CH
2
CH
2
Cl

+
H
2
O
CH
2
CH
2
+2
2HCl
OHOH
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
- Quá trình trong pha khí
Thổi dicloetan hoạt tính 50 mm, cao 6m. Khí sản phẩm gồm có 37,5%VC,
40,8% HCl, 20,5% dicloetan không phản ứng hết và 1,2% sản phẩm phụ. Hỗn
hợp sản phầm đem làm lạnh đến 0
0
C trong thiết bị ống trùm để dicloetan ngưng
tụ.Dùng nước rửa dicloetan để tách HCl và dùng nước Clo để tách sản phẩm
phụ. Sau đó dùng kiềm trung hoà và dùng H
2
SO
4
để sấy. Làm lạnh khí đến –
15
0
C và tiến hành tinh luyện.
Vì phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao nên rất dễ xảy ra phản ứng phụ.
Cl - CH

2
- CH
2
- Cl → CH
2
= CH
2
+ Cl
2
Để tránh phản ứng tiến hành ở nhịêt độ cao người ta thường dùng xúc tác cho
phản ứng là Clo và oxi.
Cơ chế chuỗi gốc:
Cl
2
→ 2Cl
2
*
Cl
*
+ ClCH
2
- CH
2
Cl → ClCH
2
- C
*
+ HCl
ClCH
2

- C
*
+ HCl → CH
2
= CHCl+ Cl
*
Cl
*
+ Cl
*
→ Cl
2
Hiệu suất của phương pháp này là 85% nhưng không được dùng rộng rãi trong
công nghiệp vì quá trình tách và làm sạch các chất nằm trong khí sản phẩm thu
đựơc gây ảnh hưởng xấu cho quá trình trùng hợp VC để tạo thành PVC.
b)Công nghệ tổng hợp Vinyl clorua từ etylen
Hình 1.Quá trình sản xuấy VC từ etylen [3]
- Cơ chế phản ứng:
12
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
Phương pháp này là sự kết hợp của ba quá trình:
+ Cộng hợp trực tiếp Clo và Etylen tạo thành 1,2-dicloetan
+ Dehydroclo hoá nhiệt 1,2-dicloetan thành vinylclorua
+ Cho oxi hoá etylen thành 1,2-dicloetan với sự tham gia của HCl tạo ra khí
dehydro hoá:
2
Đây là phương pháp kinh tế nhất để tổng hợp VC vì nguồn nguyên liệu etylen
dồi dào.
Để đảm bảo năng suất tạo thành VC từ quá trình tổng hợp trực tiếp VC từ etylen

ta phải tiến hành với lượng dư etylen ở mức thấp và nhiệt độ của quá trình không
được quá cao chỉ khoảng 300- 600
0
C

và hiệu suất VC cao nhất ở khoảng 350-
450
0
C. Với quá trình này xúc tác thường được sử dụng là xúc tác muối kim loại
chuyển tiếp nếu phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao sẽ khử mất hoạt tính của xúc
tác và bản thân của etylen sẽ bị oxi hoá sâu tạo nên CO và CO
2
làm giảm hiệu
suất của quá trình.
Đối với phần nguyên liệu dư, etylen sẽ được đưa sang thiết bị oxi hoá ở nhiệt độ
cao và biến đổi thành 1,2-dicloetan đưa trở về phản ứng. Quá trình tiến hành
tổng hợp VC từ etylen sẽ rất khó kiểm soát và khống chế do đó trong quá trình
tiến hành người ta thường tách trung gian 1,2-diclotan tạo ra và đưa trở lại phản
ứng.
13
ClCH
2
CH
2
Cl
ClCH
CH
2
CH
2

+
Cl
2
ClCH
2
CH
2
Cl
2CH
2
HCl
+
CH
2
CH
2
2HCl ++ 1/2O
2
ClCH
2
ClCH
2
+ H
2
O
2CH
2
CH
2
Cl

2
+ 1/2O
2
+
2CH
2
CHCl
H
2
O+
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
c)Phương pháp liên hợp sản suất VC.
Hình 2.Quá trình sản xuất VC liên hợp [3]
Người ta oxi Clo hoá etylen thành dicloetan và nhiệt phân dicloetan.
2HCl + 1/2O
2
→ H
2
O +Cl
2
CH
2

= CH
2

2
Cl+
→

ClCH
2
- CH
2
Cl
HCl−
→
CH
2
= CH-Cl
Ở đây nhiệt phân dicloetan tinh khiết 99,9% tiến hành ở 300- 1000
o
C. Xúc tác là
than hoạt tính hay đá bọt thì lượng VC tạo thành là 90%.
CH
2
= CH
2
+ Cl
2
→ ClCH
2
- CH
2
Cl
ClCH
2
- CH
2
Cl → CH

2
= CH-Cl + HCl
CH ≡ CH + HCl → CH
2
= CHCl
CH
2
= CH
2
+CH ≡ CH +Cl → 2CH
2
= CHCl
Phương pháp này sử dụng nguyên liệu etylen và axetylen , trong quá trình điều
chế VC theo phương pháp liên hợp axetylen và etylen có thể thu bằng phương
pháp riêng biệt hoặc có thể cùng chung một quá trình hay cracking dầu mỏ thu
được hỗn hợp khí axetylen và etylen từ đó có thể hấp thụ và tách riêng chúng ra.
Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
d)Phương pháp clo hoá etan:
Etan là nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có góp phần làm giảm giá thành sản phẩm VC.
Chuyển hoá etan thành VC có thể theo các phương pháp sau:
-Clo hoá nhiệt độ cao.
C
2
H
6
+ 2Cl
2
→ C
2
H

3
Cl + 3HCl
-Oxi hiđroclo hoá ở nhiệt độ cao.
C
2
H
6
+ HCl +O
2
→ C
2
H
3
Cl + 2H
2
O
14
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
-Oxi Clo hoá.
2C
2
H
6
+ Cl
2
+3/2O
2
→ 2C
2

H
3
Cl+3H
2
O
Với xúc tác phù hợp độ chuyển hoá có thể đạt 96% nhưng hiệu suất thu VC thấp
20-50% các sản phẩm thu được chủ yếu gồm etylen, clorua, etan.Phương pháp
này chỉ nằm trong lĩnh vực nghiên cứu chưa được ứng dụng rộng rãi trong công
nghiệp để sản xuất VC.
1.2.2.Sản phẩm PVC
1.2.2.1.Cấu trúc phân tử
Công thức cấu tạo dạng tổng quát của nhựa PVC:
Nó luôn tồn tại ở hai dạng cấu tạo là đầu nối đuôi và đầu nối đầu.
* Đầu nối đuôi:
* Đầu nối đầu:
Qua sự nghiên cứu các tính chất hoá học của PVC và qua khảo sát bằng
quang học thì thấy rằng cấu tạo chủ yếu theo lối kết hợp đầu nối đuôi, vào năm
1939 Marrel, Sample và Raj làm thí nghiệm tách loại Clo trong PVC bằng cách
đun nóng dung dịch PVC trong dioxan với bột kẽm đã khẳng định sự xác định
cấu tạo trên là đúng.
15
C
H
C C
H
H
H
C
H
Cl H Cl

C
H
Cl
C
H
H
C
H
C C
H
Cl
H
C
H
H H Cl
C
H
H
C
H
Cl
Zn
CH CH CH
2
Cl
CH CH
CH
2
CH
+

ZnCl
2
CH
2
Cl
CH
CH
2
CH
+
ZnCl
2
C
H
C C
H
Cl
H
H
C
H
Cl
n
H
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
Nhóm Cyclopropan tạo thành, chứng tỏ PVC có cấu tạo theo nối kết hợp
đầu nối đuôi.
Do trong PVC có Clo nên cấu trúc rất điều hoà. Polyme thu được là hỗn hợp của
cả ba loại.

- Syndiotactic:
- Izotactic:
- Atactic:
Vào năm 1956, Natto và Carradini kiểm tra vùng kết tinh và thấy rằng cứ
khoảng 5,1 A
0
thì chứa một cấu trúc Syndiotactic phổ NMR đã chỉ ra rằng PVC
theo quy ước có khoảng 5,5% Syndiotactic và phần còn lại là một lượng lớn
Atactic trong cấu trúc ngoài ra còn một số mạch nhánh như:
16
CH
Cl
CH
Cl
CH
2
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
2
CH
Cl

CH
2
CH
Cl
Cl
CH
Cl
CH
2
CH
2
CH CH
2
CH
CH
Cl
CH
2
Cl
C
H
C C
H
Cl
H
H
H
C
Cl
H

C
H
C
H
C C
H
H
C
H
H Cl H
C
C
Cl
H H
H
hoặc
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
Cấu tạo ở dạng nhánh này rất ít từ 50- 100 mắt xích cơ sở mới có một
nhánh. Năm 1940 Fuller nghiên cứu tia X và thấy rằng PVC thương mại thường
là những chất vô định hình mặc dù vẫn có một lượng nhỏ kết tinh [1].
1.2.2.2. Tính chất vật lý.
PVC là một polyme vô định hình ở dạng bột trắng hay vàng nhạt, có trọng
lượng riêng là 1,4÷1,45. Chỉ số khúc xạ 1,544. PVC là một loại nhựa dẻo chịu
nhiệt trong khoảng 80÷160
0
C. Trọng lượng phân tử không đồng đều, độ trùng
hợp từ 100÷2000. Để có vật liệu bền và co giãn thì 70% các phần của polyme
phải có độ trùng hợp từ 1000 trở lên. PVC lão hoá rất nhanh, dẫn đến giảm tính
co giãn và tính chất cơ học.

Tính chất điện của sản phẩm PVC phụ thuộc vào quá trình hình thành:
- Hằng số điện môi tại 60 Hz và 30
0
C là 3,54.
- Hằng số điện môi tại 1000 Hz và 30
0
C là 3,41.
- Hệ số công suất tại thời điểm trên là3,51% và 2,51%.
- Cường độ điện môi: 1080 V/ml.
- Điện trở suất là 10
15
Ω.
Từ những số liệu trên cho ta thấy tính chất cách điện của PVC khá tốt, tuy nhiên
phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và áp suất. [1]
1.2.2.3. Tính chất hoá học
PVC có tính ổn định hoá học tốt ở nhiệt độ thường. Còn khi nhiệt độ tăng thì
PVC có tính chất hoạt động hoá học và trong các quá trình biến đổi hoá học đều
có các nguyên tử Clo tham gia phản ứng và kéo theo cả nguyên tử Hidro ở bên
cạnh Cacbon. Phản ứng được chú ý nhất của PVC đó là sự Clo hoá cuối. Quá
17
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
trình có thể thực hiện trong môi trường hữu cơ như CCl
4
tại nhiệt độ vừa phải
dưới tác dụng của sự chiếu xạ tử ngoại.
Phản ứng cũng có thể thực hiện trong huyền phù dạng nước với sự cộng hợp
của tác nhân gây trương như clorofom, cacbon têtracloxit xúc tác bởi tia tử
ngoại.PVC có tính hoạt động hoá học khá lớn: trong các quá trình biến đổi hoá
học đều có các nguyên tử Clo tham gia phản ứng và thường kéo theo cả nguyên

tử H

ở C bên cạnh.
PVC có hoạt động hoá học khá lớn, trong các quá trình biến đổi hoá học các
nguyên tử clo tham gia phản ứng và thường còn kéo theo các nguyên tử hydrô ở
cacbon bên cạnh. PVC có các loại phản ứng chính sau:
+ Nhiệt phân huỷ: Khi đốt nóng PVC có toả ra HCl và xuất hiện hoá trị tự do
nên trong các mạch sẽ xuất hiện nối đôi (1), sẽ có các liên kết lối các mạch cao
phân tử (2), và nếu có ôxy sẽ tạo thành một số nhóm có chứa ôxy(3).
CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
2
CH CH
ClCl
- HCl
CH CH
1
- HCl
CH
2
CHC CH
CH
2
CH
2

CH CH
Cl
Cl
CH
2
CH
2
CH CH
Cl
Cl
CH
2
CH
2
CH CH
2
C
H
2
C
H
2
CH CH
ClCl
- HCl
CH
2
CHCH
CH
O

Cl
3
+ O
2
Nhiệt độ càng cao HCl toả ra càng mạnh và càng có nhiều liên kết nối các
mạch làm giảm tính chất hoà tan của polymer. Ánh sáng mặt trời cũng có tác
dụng đẩy HCl ra và làm ôxy hoá polymer. PVC ở trong dung môi và ở ngay
nhiệt độ thường cũng có HCl thoát ra và ở đây chủ yếu xảy ra quá trình ôxy hoá.
Ngược lai, PVC trong khí N
2
, khi đun nóng không bị ôxy hoá mà sẽ có cấu tạo
lưới.
18
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
+ Khử HCl: Muốn đuổi hết nguyên tử clo ra khái PVC người ta cho tác dụng
dung dịch polymer trong têtrahydrôfuran một thời gian lâu với dung dịch kiềm
trong rượu và sẽ tạo thành polyen có cấu tạo như sau:
-CH=CH-CH=CH-CH=CH-CH=CH-
Dung dịch polymer nh trên đun nóng với litialuminhydrit ở 100
0
C sẽ biến hoàn
toàn thành polyetylen ( chảy mềm ở nhiệt độ 120
0
C - 130
0
C ).
+ Thay thế các nguyên tử clo: Mức độ thay thế không cao và thường trọng lượng
phân tử bị giảm.
+ Thay clo bằng nhóm axetat: khi đun nóng lâu ở nhiệt độ 65

0
C dung dịch
- CH
2
- CHCl - CH
2
- CHCl-
 →
COOAgnCH 3
nAgCl + - CH
2
- CH(OCOCH
3
) – CH
2
–
CH(OHOCH
3
) -
PVC với hỗn hợp axít axêtic và axít axêtat bạc:
+ Thay clo bằng nhóm amin: khi tác dụng dung dịch PVC với NH
3
trong bình
có áp suất và ở nhiệt độ cao sẽ tạo thành một số nhóm amin và các liên kết imin
nối các mạch (mức độ thay thế không quá 15 - 20% ):
- CH
2
- CHCl – CH
2
– CHCl -

 →
+
3nNH
nHCl + - CCH
2
– CHNH
2
– CHCl -
Thay clo bằng các nhóm thơm: khi cho tác dụng dung dịch PVC trong
têtrahydrôfuran hay diclorêtan với benzen ( hay alkylbenzen ), ở 0
0
C hay ở nhiệt
độ thường với xúc tác Friêden Craphpơtơ ( clorua nhôm ) sẽ tạo thành một số
nhóm aryl.
1.2.2.4.Độ ổn định nhiệt và chất ổn định
19
CH
CHCHCHCHCH
2 2 2
Cl
Cl
Cl
+
CH
CHCHCHCHCH
2 2 2
Cl
AlCl
3
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
Nhiệt độ chảy mềm của PVC cao hơn một ít so với nhiệt độ phân huỷ. Sự phân
huỷ PVC khi đun nóng cũng theo phản ứng chuỗi, trung tâm bắt đầu phân huỷ ở
những phần mạch mà ở đó có liên kết C- H và C- Cl yếu. Những phần đó có thể
là những nhóm cuối phân tử và như ta biết trùng hợp theo cơ chế gốc thì sự đứt
mạch có thể xảy ra do chuyển mạch cho monome hoặc polyme hoặc cho cả hai.
Còn nếu chuyển mạch cho polyme thì xuất hiện phân tử nhánh và phân tử có
cacbon bậc 3. Oxy trong không khí nhiệt phân huỷ PVC xảy ra nhanh hơn trong
N
2
. Một số kim loại như Zn và Fe ngay cả khi chỉ có vết (≥ 10 trọng lượng kim
loại trên 10
6
phần trọng lượng Polyme) cũng làm xúc tiến quá trình phân huỷ
PVC và làm cho khí HCl trở thành chất xúc tác của quá trình phân huỷ. Polyme
kỹ thuật luôn chứa vết, do đó thực tế có tác dụng xúc tác khí HCl. Chất ổn định
có trong polyme cũng ảnh hưởng không tốt đến độ ổn định. Ôxy ở nhiệt độ cao
xảy ra phân huỷ PVC. Trong kỹ thuật có hai chỉ số rất quan trọng đó là nhiệt độ
phân huỷ và độ ổn định nhiệt độ của PVC. Nó phụ thuộc vào thành phần và mục
đích của nhựa dẻo mà gia công PVC ở 140÷175
0
C.
Trong điều kiện này có xảy ra phân huỷ HCl và phân huỷ một phần polyme cũng
có khi tạo thành cầu nối giữa các đại lượng. Nếu nhiệt độ phân huỷ của polyme
trên 170
0
C và độ ổn định nhiệt trên 70 phút thì có thể dùng chế tạo màng và tấm,
nếu độ ổn định trên 90 phút thì dùng chế tạo ống và các vật phẩm khác.
Để tăng độ ổn định nhiệt của PVC ta thêm chất ổn định vào để nó có khả năng
làm chậm hoặc ngăn ngừa phân huỷ polyme.

Chất ổn định chia làm 4 nhóm (dựa theo tác dụng của từng nhóm).
- Nhóm hấp thụ HCl
- Nhóm chất trung hoà HCl
- Chất ngăn chặn tác dụng của ôxy
- Chất hấp thụ tia tử ngoại
Tuỳ vào loại cấu tạo ta chia ra chất ổn định ở dạng hữu cơ, vô cơ và cơ kim.
Chất vô cơ và cơ kim quan trọng nhất vì ngoài tác dụng ổn định nhiệt chúng còn
ngăn ngừa PVC khỏi bị phân huỷ, trong điều kiện gia công có nhiệt độ cao và
20
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
chúng có khả năng bảo vệ các tính chất của vật liệu trong thời gian dài khi sử
dụng vật liệu.
+ Chất ổn định nhiệt vô cơ như: Pb(HPO
3
)
2
, Pb
3
O
4
, Na
2
CO
3
, Na
2
SiO
3
, Na

3
PO
4
.
+ Chất ổn định nhiệt cơ kim (hấp thụ khí HCl). Xà phòng kim loại (muối của
axit béo) để tạo ra muối dùng kim loại Mg, Ca, Ba, Zn, Pb và cả các axit béo:
stearic, redinonic, laurinic … xà phòng kim loại không độc.
+ Chất ổn định nhiệt hữu cơ: menamin, dẫn xuất ure và tioure, lượng chất epoxy,
estes.
Nhưng có một nhược điểm khi dùng chất ổn định là tạo ra muối clorua kim loại
làm ảnh hưởng đến độ trong suốt của polyme, tính điện môi giảm, dẫu sao nó
cũng tan trong nước và có thể đây là nguyên nhân gây độc.
1.2.2.5. Phân loại PVC
a. PVC hoá dẻo
Hoá dẻo PVC với mục đích có các vật liệu mẫu, co giãn ở nhiệt độ thường và
đặc biệt là nhiệt độ thấp và để dễ dàng cho quá trình gia công ra sản phẩm. Như
vậy tác dụng cuả chất hoá dẻo thêm vào là giảm nhiệt độ hoá thuỷ tĩnh của
polyme nhưng đồng thời nó cũng làm giảm sức bền và tăng độ giãn dài cuả sản
phẩm.
Những chất hoá dẻo thường dùng là những chất phôtphat chiếm 75% lượng chất
hoá dẻo đó là các hợp chất trung gian như DIOP, DEHP, DOP và estephtalat của
C
7
÷C
9
, oxo – alcohol…
Những chất này có tác dụng tương tự nhau đối với PVC nếu không phụ thuộc
vào lý do kinh tế. Nếu dùng thêm chủng loại chất hoá dẻo là hợp chất cao phân
tử có nhiệt độ hoá thuỷ tĩnh thấp và có thể tạo ra các sản phẩm đồng nhất như
caosu nitril (chất đồng trùng hợp của acrylic nitril với butadien). Ưu điểm chính

của loại chất hoá dẻo này là làm cho sản phẩm ổn định vì chúng không bay hơi.
Trong trường hợp này muốn hóa dẻo dùng các trục nóng để trộn hỗn hợp và các
máy có vết xoắn.
21
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
Thông thường dùng hỗn hợp 60- 70% PVC và 30- 40% chất hoá dẻo, vì thế
lượng chất hoá dẻo dùng rất nhiều. Do đó vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu, chế
tạo chất hoá dẻo từ nguyên liệu trong nước để thay thế hoàn toàn hay một phần
các chất hoá dẻo mua của nước ngoài [2].
b.PVC không hoá dẻo
Khi thêm chất hoá dẻo nhiệt độ mềm của nhựa giảm xuống nên gia công dễ dàng
hơn nhưng chất hoá dẻo làm giảm tính chất ổn định hoá học và tính cách điện
của polyme giảm tính chất chịu nhiệt và làm cho nhựa dễ bị lão hóa. Để khắc
phục tính chịu nhiệt và ổn định hoá học thì dùng PVC không có chất hoá dẻo
thường gọi là PVC cứng. Khi sử dụng PVC cứng này phải dùng thêm chất ổn
định để đảm bảo tính ổn định đối với nhiệt của PVC.
Chất ổn định là những chất có tính bazơ, có khả năng kết hợp với HCl thoát ra
khi gia công để ngăn chặn quá trình phân huỷ.
Chất ổn định gồm hai dạng vô cơ và hữu cơ.
+ Chất ổn định dạng vô cơ thường dùng là oxit chì, cacbonat chì, silicat chì…
+ Chất ổn định dạng hữu cơ: stearat canxi, bari, chì, các amin, ure, metamin.
PVC cứng không hoá dẻo rất bền về cơ học và ổn định hoá học. Xét về phương
diện cơ học PVC cứng là một vật liệu cứng đàn hồi cao (≈10000 kg/cm
2
) cường
độ va chạm riêng cao (≈100-200 kg/cm
2
) và độ bền tĩnh học khi kéo cũng tương
đối lớn (500- 800 kg/cm

2
) nhưng tính chất này lại phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ
và bề mặt sản phẩm cũng như trong quá trình gia công mà đun nóng, làm lạnh
không đều, ép dính các lớp không đều sẽ dẫn đến làm giảm tính cơ học của PVC
cứng.
Tính ổn định hoá học rất cao
+ Độ hút nước (sau 24 h) 0,1.10
-4
÷0,3.10
-4
gam/cm
2
.
+ Bền với axit và kiềm.
+ Bền với tác dụng của ximăng, dầu hoả, dầu thảo mộc, rượu, glixêrin.
22
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
Chính nhờ có tính ổn định hoá học cao và tính chất bền cơ học cho nên có rất
nhiều phương pháp gia công (hàn, ép, dán, cán…) nên có thể xem PVC cứng là
một loại vật liệu xây dựng chống ăn mòn rất tốt. [2]
1.2.2.6.Ứng dụng
Do nhựa PVC có nhiều tính chất quý như: ổn định hoá học, bền thời tiết, bền
ôxy hoá, cách điện, dễ gia công, giá thành thấp,…vì vậy nó được sử dụng rất
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Sản phẩm được tạo ra từ PVC rất đa dạng trên 2/3
lượng PVC được dùng làm các sản phẩm lâu bền như ống dẫn nước, khung cửa
sổ, bàn ghế…còn lại PVC được gia công thành những sản phẩm khác như màng
mỏng, bao bì, giày dép giả da, dây bọc cách điện,…
Trong thời gian gần đây, người ta đặc biệt chú ý đến loại PVC cứng và xốp, có
thể làm vật liệu thay thế gỗ, sự thay thế này có ảnh hưởng đến giá thành và sự ổn

định, dẫn đến sự thuận lợi cho quá trình tổng hợp vật liệu. Tuy nhiên các sản
phẩm làm bằng vật liệu PVC rất khó phân huỷ và trong quá trình sản xuất có
tách ra các chất ảnh hưởng xấu tới môi trường và đã có những lời chỉ trích từ cơ
quan bảo vệ môi trường, nhưng các nhà kinh tế cho rằng mức độ tăng trưởng
PVC trên quy mô toàn cầu vẫn được duy trì trong thời gian tới và bước vào thế
kỷ XXI địa vị của PVC vẫn vững vàng trên thị trường. Nền công nghiệp chất
dẻo nói chung và nhựa PVC nói riêng vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc
dân là lĩnh vực không thể thiếu được và luôn gắn liền với sự phát triển cuả khoa
học kỹ thuật [1]
23
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
1.3.QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT PVC TỪ VC
1.3.1.Phản ứng trùng hợp
Phản ứng tạo nhựa PVC là phản ứng trùng hợp VC theo cơ cấu trùng hợp gốc.
Vinylclorua (VC) có công thức: CH
2
= CH
là hợp chất phân cực, với mômen lưỡng cực: 1,44 (mômen lưỡng cực có ảnh
hưởng đến vận tốc trùng hợp).
Clorua vinyl trùng hợp theo cơ cấu trùng hợp gốc nghĩa là phải có chất khởi đầu
và trùng hợp qua ba giai đoạn.
Gọi là chất khởi đầu vì gốc của nó là đoạn đầu của mạch cao phân tử, cũng có
thể gọi là chất kích thích vì chính nó có tác dụng kích động phản ứng trùng hợp,
có hai chất khởi đầu thường dùng là peroxit benzoin, azodinitril.
Giai đoạn một khơi mào :
- Peroxyt benzôin công thức là (C
6
H
5

COO)
2
do tác dụng nhiệt nó bị phân giải ra
các gốc như sau:
(C
6
H
5
COO)
2
2 C
6
H
5
COO
•
C
6
H
5
COO
•
C
6
H
5
•

+ CO
2

Chính các gốc benzoat và gốc phenyl trên kích động phản ứng trùng hợp.
Azodinitril của axít diisobuytiric có công thức phức tạp hơn:

Và còn do tác dụng nhiệt mà cung phân giải ra thành các gốc tự do.
24
Cl
CH
3
CH
3
CH
3
C
CN
N N
CN
C
CH
3
CH
3
CH
3
CN
C
2
N
+
2
•

CH
3
CH
3
CH
3
C
CN
N N
CN
C
CH
3
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC
Khoảng 60-80% gốc trên tham gia kích động trùng hợp, còn lại bao nhiêu kết
hợp với nhau thành phần tử thấp theo các phản ứng sau đây:
CH
3
CH
3
CN
C
2
•
CH
CH
CH
+
CH

2
C
CH
3
CN CN
3
CH
CH
C
CN
CH
CH
3
C
CN
3
3
Các gốc trên gọi là gốc hoạt động và được ký hiệu bằng R
•

cho đơn giản khi viết
phản ứng trùng hợp.
+ Giai đoạn hai phát triển mạch: kích độnh trùng hợp gốc hoạt động R
•
R
*
+ CH
2
= CHCl
→

R - CH
2
– C
*
CHCl
của chất khởi đầu kích thích mônômer clorua vinyl thành gốc đầu tiên

gốc đầu
tiên này lại tiếp tục tác dụng với monone và cứ thế mạch polyme sẽ tăng và khối
lượng phân tử của polyme sẽ tăng nên. Hằng số tốc độ tương ứng của hai giai
đoạn là k
1
và k
2
. Thông thường k
2
xấp xỉ bằng k
3
nhưng trong một số trường hợp,
ví dụ chất khơi mào là hợp chất azo có thời gian bán sống rất ngắn, gốc tự do tạo
ra từ chất khơi mào này tương đối ổn định do đó hiệu quả của chất khơi mào
giảm và k
2
<k
3
. Hay tổng quát hơn:
R - CH
2
– C
*

CHCl + CH
2
= CHCl
→
R - CH
2
– CHCl – CH
2
– C
*
HCl -
+ Giai đoạn ba: làm đứt mạch tạo thành các phân tử ở đây thường có hai dạng
đứt mạch:
Đứt mạch kết hợp khi 2 gốc kết vào nhau thành một mạch cao phân tử:
R – [CH – CHCl ]
n
– CH
2
– C
*
HCl + R – [ CH – CHCl]
m
– CH
2
– C
*
HCl
25